Viviamo in un’era di rinnovata esplorazione spaziale, in cui molte agenzie prevedono di inviare astronauti Luna negli anni a venire. Questo sarà seguito nel prossimo decennio da missioni con equipaggio a Marte dalla NASA e dalla Cina, a cui potrebbero aggiungersi presto altre nazioni.
Queste e altre missioni che porteranno gli astronauti oltre l’orbita terrestre bassa (LEO) e il sistema Terra-Luna richiedono nuove tecnologie, che vanno dal supporto vitale e dalla protezione dalle radiazioni all’energia e alla propulsione.
E quando si tratta di quest’ultimo, Propulsione elettrica termonucleare e nucleare (NTP/NEP) è il miglior concorrente!
La NASA e il programma spaziale sovietico hanno dedicato decenni alla ricerca sulla propulsione nucleare durante la corsa allo spazio.
Qualche anno fa, la NASA ha riacceso il suo programma nucleare Allo scopo di sviluppare la propulsione nucleare bimodale – un sistema in due parti costituito da un componente NTP e NEP – che potrebbe consentire l’attraversamento in Marte tra 100 giorni.
nell’ambito di Concetti innovativi avanzati della NASA (NIAC) per il 2023, la NASA ha selezionato un concetto nucleare per lo sviluppo della prima fase. Questa nuova classe di sistema di propulsione nucleare bimodale utilizza “Topping del ciclo dell’onda di VertigoPotrebbe ridurre i tempi di transito su Marte a soli 45 giorni.
La proposta è titolataDual mode NTP/NEP con ciclo ad onda rotante,” del Professor Ryan Goss, Area Chair del Programma Hypersonics presso l’Università della Florida e membro dell’Università della Florida Ricerca applicata in ingegneria della Florida Squadra FLARE.
La proposta di Gosse è una delle 14 selezionate quest’anno da NAIC per lo sviluppo della Fase 1, che include una sovvenzione di 12.500 dollari per aiutare a maturare la tecnologia ei metodi utilizzati. Altre proposte hanno incluso sensori, strumenti, tecnologie di produzione, sistemi di alimentazione innovativi e altro ancora.
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La propulsione nucleare si riduce essenzialmente a due concetti, entrambi basati su tecnologie rigorosamente testate e convalidate.
Per la propulsione termica nucleare (NTP), il ciclo consiste in un propellente che riscalda l’idrogeno liquido (LH2) di un reattore nucleare, convertendolo in idrogeno gassoso ionizzato (plasma) che viene poi incanalato attraverso gli ugelli per generare la spinta.
Sono stati fatti diversi tentativi per costruire un test di questo sistema di propulsione, incl progetto Roveruno sforzo di collaborazione tra l’USAF e la Commissione per l’energia atomica (AEC) lanciato nel 1955.
Nel 1959, la NASA rilevò la missione dall’USAF e il programma entrò in una nuova fase dedicata alle applicazioni di volo spaziale. Questo alla fine ha portato a Motore nucleare per applicazione veicolo missilistico (Nerva), che è un reattore nucleare solido testato con successo.
Con la chiusura dell’Apollo Era nel 1973, i finanziamenti per il programma furono tagliati drasticamente, portando alla sua cancellazione prima che potesse aver luogo qualsiasi test di volo. Nel frattempo, i sovietici hanno sviluppato il proprio concetto di NTP (RD-0410) tra il 1965 e il 1980 e ha eseguito un test a terra prima che il programma fosse cancellato.
D’altra parte, la propulsione elettrica nucleare (NEP) si basa su un reattore nucleare per fornire elettricità Motivo ad effetto Hall (motore a ioni), che genera un campo elettromagnetico che ionizza e accelera un gas inerte (come lo xeno) per creare spinta. I tentativi di sviluppare questa tecnologia includono la NASA Iniziativa sui sistemi nucleari (INS) Il Progetto Prometeo (dal 2003 al 2005).
Entrambi i sistemi presentano vantaggi significativi rispetto alla propulsione chimica convenzionale, tra cui un rating di propulsione specifica (Isp) più elevato, efficienza del carburante e densità di energia virtualmente illimitata.
Mentre i concetti NEP presentano un risparmio di oltre 10.000 ISP, il che significa che possono mantenere la spinta per quasi tre ore, il livello di spinta è molto basso rispetto ai missili convenzionali e NTP.
La necessità di una fonte di energia elettrica solleva anche il problema dell’espulsione del calore nello spazio, afferma Gosse: la conversione dell’energia termica è dal 30 al 40 percento in condizioni ideali.
E mentre i progetti NTP NERVA sono il metodo preferito per le missioni con equipaggio su Marte e oltre, questo metodo ha anche problemi nel fornire frazioni di massa iniziali e finali sufficienti per le missioni ad alto delta-v.
Per questo sono preferite le proposte che prevedono entrambe le modalità di pagamento (bimodale), perché uniranno i vantaggi di entrambe. La proposta di Gosse richiede un progetto bimodale basato sul reattore NERVA a nucleo solido che fornirebbe un impulso indicato (Isp) di 900 secondi, il doppio delle prestazioni attuali dei razzi chimici.
Il ciclo Gosse proposto include anche un compressore a onde di pressione – o Wave Rotor (WR) – una tecnologia utilizzata nei motori a combustione interna che sfrutta le onde di pressione generate dal feedback alla pressione dell’aria aspirata.
Se abbinato a un motore NTP, il WR utilizza la pressione creata dal reattore che riscalda il combustibile LH2 per comprimere ulteriormente la massa di reazione. Come promesso da Gosse, ciò fornirà livelli di spinta simili a quelli del concetto NTP di classe NERVA ma con un ISP di 1400-2000. Se combinato con un ciclo NEP, Egli ha detto Gosse, i livelli push sono ulteriormente migliorati:
“In combinazione con il ciclo NEP, il ciclo di lavoro ISp (1800-4000 secondi) può essere aumentato con un’aggiunta minima di massa secca. Questo design dual-mode consente il trasferimento rapido per le missioni con equipaggio (45 giorni su Marte) e rivoluziona il profondo- esplorazione spaziale del nostro sistema solare”.
Basata sulla tecnologia di propulsione convenzionale, una missione con equipaggio su Marte potrebbe durare fino a tre anni. Queste missioni verranno lanciate ogni 26 mesi quando la Terra e Marte si trovano nel punto più vicino (ovvero l’opposizione di Marte) e trascorreranno almeno dai sei ai nove mesi in transito.
Un transito di 45 giorni (sei settimane e mezzo) ridurrebbe il tempo totale dell’attività a mesi anziché ad anni. Ciò ridurrebbe notevolmente i principali rischi associati alle missioni su Marte, tra cui l’esposizione alle radiazioni, il tempo trascorso in condizioni di microgravità e i relativi problemi di salute.
Oltre alla propulsione, ci sono proposte per nuovi progetti di reattori che fornirebbero una fonte di energia stabile per missioni di superficie di lunga durata in cui l’energia solare ed eolica non sono sempre disponibili.
Gli esempi includono la NASA Reattore Kilopower che utilizza la tecnologia Sterling (KRUSTY) f Reattore ibrido a fissione/fusione È stato selezionato per la prima fase di sviluppo dalla selezione NAIC 2023 della NASA.
Queste e altre applicazioni nucleari potrebbero un giorno consentire missioni con equipaggio su Marte e altri luoghi nello spazio profondo, forse prima di quanto pensiamo!
Questo articolo è stato originariamente pubblicato da l’universo oggi. Leggi L’articolo originale.
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